黑体辐射.ppt

开头的话黑体辐射黑体模型的建立要破译电磁波所携带的信息，不仅需要有记录和测量电磁波自身物理特征（振幅、频率、相位和偏振）的方法，还需要在理论上掌握电磁波与物质的相互作用方式。

电磁波辐射和物质的相互作用有四种方式：发射、吸收、反射和透射。一个物体发射电磁波的同时，也会吸收其他物体的电磁辐射。如果物体发射出去的能量恰好等于在同一时间内所吸收的能量，则辐射过程达到平衡，称为平衡辐射，此时物体具有确定的温度。否则为非平衡辐射。
以太阳和恒星的光球（层）为例。太阳光球是太阳大气最低的一层（厚度约500km，仅为太阳半径的1/1400），一方面它不断地吸收其下方的对流层给予的能量，另一方面它同时又持续地发射能量，在某种机制的调节下达到局部热动平衡。
中小学课本所说的太阳表面温度就是指光球（层）的有效温度（5770K）。不同的物体对同样电磁波的吸收、反射和透射的程度各不相同。实际比较常见的是这三种同时进行。

科学家们发现，分析一个问题最好是从一个过分简化的极端状况入手，这样容易奏效。然后，再把问题加以适当的修正，让它接近真实世界中比较复杂的状况。这就是理想模型的方法。
黑体就是一个模型,实际上自然界并没有黑体。设某物体的透射率、反射率和吸收率分别为t、r和a，且t+r+a=1，
则当t=1时该物体为理想透射体；
当r=1时该物体为理想反射体；
当a=1时该物体为理想吸收体，即绝对黑体。有趣的是天文学家们在研究各种发光天体的热辐射甚至宇宙微波背景辐射时，普遍使用的竟然是绝对黑体模型。
太阳光球的电磁辐射强度随波长的分布就与温度为6000K的黑体辐射非常接近宇宙中什么最明最亮？反之，什么最暗最黑？显然，辐射本领最强的最明亮，吸收本领最强的最黑暗。

但是，如果有人说“热辐射本领最大的，也就是吸收辐射本领最大的”，你会相信吗？
在说明这个命题之前，要先区分发光与热辐射实际上是两个概念，是光能发射的两种不同形式。热辐射，亦称温度辐射，任何物体（固体、液体、致密气体）在任何温度均可进行这种辐射，并且其光谱是连续光谱，能量对不同波长的分布随波长连续改变。
但对不同温度的系统，能量对波长的分布也不同。
例如，温度低的铁块主要辐射不可见的红外线；温度到500℃左右，铁块才开始辐射暗红色的可见光；随着温度的提高，不但光的强度逐渐增大，颜色也由暗红转为橙红；温度越高，波长较短的辐射越丰富，大约到1500℃开始显示为白光，还有相当多的紫外线。当然，这种辐射所耗散的能量需要补充，否则物体的温度会下降，辐射的能量分布就会改变。只要维持它的温度，辐射即可按照原来的能量分布不停地继续进行。所以这是一种平衡辐射。
而发光与此不同，不能仅用维持温度来使辐射继续下去，而且还要依靠某种激发机制来获得能量才能发生辐射。它包括电致发光、光致发光、化学发光、热发光，它们都有一个共同点，即都是非平衡辐射，其光谱主要是分立的线状谱或带状谱。不同的原子、离子和分子分别具有不同的标识谱线或谱带。各种发光中，尤其要说明的是热发光与热辐射的区别。
热发光要加热到一定温度才会辐射，例如在燃气灯的火焰中放入钠或钠盐，达到一定温度后火焰中的质点（原子、分子、离子、电子）有了足够的动能去碰撞钠原子或钠离子。才能使钠原子激发，辐射具有确定特征的标识谱线，其中以橙黄色的D双线最为显著。
而热辐射不是限于一定温度之上的，而是在任何温度下的热平衡状态都要进行，并且不是辐射分立的线状谱而是辐射连续谱。太阳和其他恒星的辐射是热辐射（黑体谱、连续谱）和热发光（非连续谱）的叠加。连续谱思考题思考题例。若视太阳为黑体，黑体辐射（和普朗克的能量子假说）同一个黑白花盘子的两张照片预习§1.1温度为T时,单位时间内从物体单位表面发出的
频率在附近单位频率区间内的电磁波的能量,
称为光谱辐射出射度M(T)钨丝、太阳的e和关系的实验曲线3.光谱吸收率a(T)基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff'slawofradiation)★平衡热辐射1.黑体实验表明：
辐射本领大的物体，吸收本领也大
（实验演示）。2.研究黑体辐射的实验装置示意图:λ3．斯特藩—玻耳兹曼定律（实验定律）例。若视太阳为黑体，能否从理论上得到上述结果普朗克公式对①求导后计算极值点，hνmax=2.82kT,
其中，h=6.626×10-23J·s，
k=R/N0≈1.38×10-23J/K=8.6×10-5eV/K
νmax/T=2.82k/h≈5.88×1010Hz/K
对②求导后计算极值点
λmaxT=2.8977686(51)×10-3m·K
≈2.898mm·K≈2.9mm·K
注意λmaxνmax
≈2.898×10-3m·K×5.88×1010Hz/K
≈1.7×108m/s≠3×108m/s=c
(国内某本天文学教科书解题时却认为λm